王廣真，付德慧，杜非，于浩，蔡睿，王謙，弓艷朋

(1.中國電力科學(xué)研究院有限公司，北京100192；2. 國網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院，北京100075)

變壓器本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障種類多樣，同時受變電站現(xiàn)場運(yùn)行條件等因素限制，對變壓器狀態(tài)檢測的研究多在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，這就需要構(gòu)建變壓器故障模擬試驗(yàn)研究平臺[1-7]。目前建立的變壓器故障模擬試驗(yàn)平臺大多為等比例縮小的變壓器模型，如重慶大學(xué)的程昌奎等在研究局部放電(以下簡稱“局放”)特高頻信號的模式識別中構(gòu)建了模擬變壓器局放箱體[8]。

隨著智能電網(wǎng)體系的深入發(fā)展，尤其是在線監(jiān)測技術(shù)、帶電檢測技術(shù)的進(jìn)步[9-18]，近年來國內(nèi)部分科研院所和高校相繼研發(fā)了運(yùn)行在實(shí)驗(yàn)室條件下的變壓器真型模擬平臺。上海交通大學(xué)的朱超杰等通過對退役變壓器進(jìn)行改造，將放電模型與長電工膠木棒連接后投入變壓器中，并將無暈高壓線和地線綁在電工膠木棒上，對放電缺陷的兩極加壓以致發(fā)生局放，但該局放故障并未與變壓器聯(lián)動運(yùn)行，與現(xiàn)場真實(shí)運(yùn)行狀況存在差異[19]。國網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院院和國網(wǎng)浙江電力科學(xué)研究院2個團(tuán)隊(duì)也對變壓器真型故障模擬平臺有過研究。前者搭建了電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測真型實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺由變壓器、GIS、高壓電纜及配電網(wǎng)設(shè)備子平臺聯(lián)動構(gòu)成，在GIS、開關(guān)柜及電纜平臺上設(shè)置了局放模型模擬故障，并安裝了特高頻傳感器對局放信號進(jìn)行檢測[20-21]；后者搭建了單臺真實(shí)變壓器平臺，滿足了變壓器額定運(yùn)行時的電壓等級要求，構(gòu)建了局放故障，同時在變壓器加壓帶電的情況下，利用脈沖電流檢測、高頻局放檢測、特高頻以及超聲波聯(lián)合檢測、超聲波精確定位4種檢測手段對局放信號進(jìn)行檢測[21]。

為了更加真實(shí)地模擬變壓器實(shí)際缺陷的運(yùn)行狀態(tài)，本文從以下2個方面對變壓器故障模擬平臺進(jìn)行改進(jìn)和完善：①除了滿足額定運(yùn)行時的電壓等級要求，還應(yīng)使運(yùn)行電流滿足額定運(yùn)行要求，使該平臺更好地模擬真實(shí)變壓器額定運(yùn)行工況下的高電壓、大電流合成環(huán)境，體現(xiàn)設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)；②盡可能還原變壓器運(yùn)行時可能遇到的故障，設(shè)置局放、鐵心多點(diǎn)接地、繞組變形等典型故障，同時考慮變壓器缺陷的位置、數(shù)量、嚴(yán)重程度等。通過2臺變壓器的相互負(fù)載聯(lián)接，并調(diào)節(jié)負(fù)載變壓器的變比及電源電壓使得變壓器達(dá)到額定運(yùn)行工況，即電流與電壓等級均滿足額定運(yùn)行條件，同時給出110 kV變壓器額定運(yùn)行工況方案；根據(jù)變壓器實(shí)際工作環(huán)境設(shè)置故障，模擬變壓器運(yùn)行中可能遇到的幾種典型缺陷，構(gòu)建基于相互負(fù)載法的變壓器典型故障模擬平臺。

1 110 kV變壓器額定運(yùn)行平臺設(shè)計(jì)

目前國內(nèi)外研究的變壓器真型故障模擬平臺中，電壓等級大多滿足了額定運(yùn)行的要求，但為了更加真實(shí)地模擬變壓器的額定運(yùn)行工況，還應(yīng)使運(yùn)行電流也滿足對應(yīng)的額定運(yùn)行要求。本文采用相互負(fù)載法來實(shí)現(xiàn)變壓器的額定運(yùn)行，即通過調(diào)節(jié)電源電壓以及2臺互為負(fù)載的變壓器之間的電壓差，使得變壓器的運(yùn)行電流也能達(dá)到額定運(yùn)行要求。

1.1 變壓器相互負(fù)載法

相互負(fù)載法是變壓器溫升試驗(yàn)的常用方法，相校于直接負(fù)載法和模擬負(fù)載法，其具有所需試驗(yàn)電源容量不大、試品接近實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、試驗(yàn)時間短、準(zhǔn)確度高等顯著優(yōu)點(diǎn)[22]。本文利用相互負(fù)載法模擬變壓器運(yùn)行工況，并對其常用電路接線圖進(jìn)行改進(jìn)，接線原理如圖1所示。改進(jìn)后的相互負(fù)載法原理如下：利用1臺與試品變壓器T1電壓比和連接組相同的輔助變壓器T2，其一側(cè)繞組與試品同名端并聯(lián)，供給額定勵磁，另一側(cè)繞組通過負(fù)載輔助變壓器T3與試品同名端并聯(lián)，調(diào)節(jié)T1、T2高壓側(cè)分接開關(guān)，T1、T2中將有電流流過。當(dāng)2臺變壓器二次側(cè)繞組之間的電壓差ΔU逐漸增大時，流過T1、T2的電流逐漸增大，通過調(diào)節(jié)電源電壓實(shí)現(xiàn)T1、T2二次側(cè)流過額定電流時，即達(dá)到額定運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 相互負(fù)載法接線原理圖Fig.1 Wiring schematic diagram of mutual load method

在傳統(tǒng)相互負(fù)載法中，變壓器T1額定運(yùn)行狀態(tài)模擬是通過直接改變負(fù)載輔助變壓器T3和調(diào)壓變壓器的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)的。改進(jìn)后的相互負(fù)載法改變了調(diào)壓變壓器的位置，試驗(yàn)中通過調(diào)整T1、T2高壓側(cè)分接開關(guān)以及T3輸出電壓來模擬變壓器額定運(yùn)行工況，在一定程度上使得變壓器額定運(yùn)行電流以及電壓等級更加符合額定運(yùn)行要求。

1.2 變壓器額定運(yùn)行平臺基本結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室條件下變壓器額定運(yùn)行工況平臺由電源控制保護(hù)柜、調(diào)壓變壓器、隔離升壓變壓器、2臺三相三繞組110 kV變壓器試驗(yàn)進(jìn)線開關(guān)柜、電容補(bǔ)償柜、試驗(yàn)出線開關(guān)柜等組成。試驗(yàn)變壓器基本參數(shù)見表1。

表1 2臺待改造變壓器基本參數(shù)Tab.1 Basic information of two transformers to be transformed

分別對2臺并聯(lián)連接的110 kV三相變壓器施加額定電壓勵磁，并通過調(diào)節(jié)2臺變壓器的電壓比使得繞組內(nèi)分別流過額定電流，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下2臺變壓器運(yùn)行于額定工況。平臺基本結(jié)構(gòu)(以單相繞組為例)簡化如圖2所示。

圖2 平臺基本結(jié)構(gòu)簡化示意圖Fig.2 Simplified schematic diagram of the basic platform structure

1.3 變壓器額定運(yùn)行工況方案設(shè)計(jì)

以變壓器相互負(fù)載法為基本實(shí)驗(yàn)思路。2臺變壓器容量相同，阻抗電壓百分比k1、k2分別為10.00%和10.15%， 2臺變壓器二次側(cè)繞組之間的電壓差ΔU與二次側(cè)額定電壓UN的關(guān)系為

ΔU=0.2UN.

(1)

2臺變壓器并聯(lián)后可得循環(huán)電流

(2)

其中，

(3)

(4)

式中：Z1、Z2分別為變壓器T1、T2的短路阻抗；UN為變壓器額定電壓；IN為變壓器額定電流。由此可得

(5)

因此需要將電源電壓升至1.007UN，循環(huán)電流即可達(dá)到額定電流。

變壓器T1和T2的總損耗為2臺變壓器空載損耗和負(fù)載損耗之和。T1和T2的二次側(cè)為額定電流IN時，因2臺變壓器變比不同，二者的一次側(cè)電流也不同，該側(cè)電流由輔助變壓器(升壓變壓器)T3提供，T1和T2的一次側(cè)均為額定電壓UN，故T3的最小容量S3與變壓器T1容量S1關(guān)系為

S3=0.2S1.

(6)

根據(jù)多種現(xiàn)場試驗(yàn)需求，采用2種方式為整個實(shí)驗(yàn)平臺提供電源，分別為10 kV直供方式與0～10 kV三相可調(diào)升方式升壓。

a)10 kV直供方式。從配電室10 kV開關(guān)柜直接引出電源，經(jīng)電纜連接至10 kV/35 kV升壓變壓器后與2臺變壓器中壓繞組連通；該方式用于滿足變壓器額定運(yùn)行工況。

b)0～10 kV三相可調(diào)壓方式。該方式用于滿足日常升壓試驗(yàn)，此時變壓器空載運(yùn)行。根據(jù)試驗(yàn)要求和現(xiàn)場條件，確定利用三相調(diào)壓器調(diào)壓方案，即由三相調(diào)壓器提供0～400 V可調(diào)電壓，經(jīng)400 V/10 kV升壓變壓器T4后與T3連接，所需三相調(diào)壓器容量為100 kVA。

1.4 變壓器額定運(yùn)行工況實(shí)驗(yàn)

通過調(diào)節(jié)高壓繞組分接頭，可得到不同檔位的循環(huán)電流，如圖3所示。

由圖3可知，隨著高壓繞組分接頭調(diào)整，2臺變壓器二次側(cè)繞組之間的電壓差ΔU逐漸增大，流過T1和T2的電流也逐漸增大。當(dāng)電流達(dá)到0.993IN后，將電源電壓升至1.007UN，即可使T1和T2的二次側(cè)均流過額定電流。

圖3 不同檔位下的循環(huán)電流Fig.3 Circulating current in different gears

由此可見，該平臺利用相互負(fù)載法可以使得變壓器的運(yùn)行電流與電壓等級均嚴(yán)格滿足額定運(yùn)行要求，復(fù)現(xiàn)變壓器額定運(yùn)行工況。

2 變壓器典型故障模擬與檢測

在該平臺上設(shè)置變壓器局部過熱、局放、鐵心多點(diǎn)接地、繞組變形缺陷，本文給出這4種典型故障的模擬與檢測設(shè)計(jì)方案。

2.1 變壓器過熱故障模擬

2.1.1 整體設(shè)計(jì)

過熱故障主要分為磁路故障、電路故障和其他原因引起的過熱故障等。磁路故障主要是由鐵心多點(diǎn)接地引起的；電路故障主要有分接開關(guān)故障、引線連接故障，其中分接開關(guān)故障主要是由磨損和腐蝕使觸頭間接觸電阻增大，引起發(fā)熱量增加所致。引線連接故障主要出現(xiàn)在變壓器低壓繞組與套管連接處。過熱故障可能因局部油道堵塞致使散熱不良引起，但出現(xiàn)幾率較小。本文主要考慮磁路故障和電路故障。

2.1.2 過熱點(diǎn)設(shè)計(jì)

將變壓器T2某一分接位置至有載分接開關(guān)的連接電纜中的一部分換成小截面電纜，模擬引線過熱缺陷故障。同時另選一分接，在線圈至開關(guān)的引線某一段設(shè)置一處冷壓接連接結(jié)構(gòu)，用于模擬連接不當(dāng)造成局部過熱的缺陷。將變壓器T1繞組某相上部某段的引線截面改小一級，模擬引線過熱缺陷故障。

2.1.3 過熱點(diǎn)故障檢測

如圖4所示，在分接線上預(yù)埋光纖測溫探頭，實(shí)現(xiàn)對過熱點(diǎn)的在線監(jiān)測。同時在2個變壓器對應(yīng)分接引線處埋設(shè)光纖，監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)下正常引線的溫度，作為溫升參考值。

圖4 引線改造并埋入光纖Fig.4 Lead modification and embedding of optical fiber

2.1.4 過熱故障模擬

將中壓側(cè)無勵磁分接開關(guān)調(diào)至“5”檔位，中壓繞組流過的電流為523.1 A。其中，A、B、C三相某分接線初始溫度為室溫12 ℃。試驗(yàn)時間約50 min。中壓引線過熱缺陷溫度見表2。

表2 中壓引線過熱缺陷溫度Tab.2 Overheating defect temperature of medium voltage lead wire

按照北京地區(qū)最高環(huán)境溫度40 ℃、變壓器油溫比環(huán)境溫度高40 ℃推算，熱點(diǎn)溫度比油溫高40 ℃，預(yù)計(jì)為120 ℃。試驗(yàn)結(jié)果證明，該過熱故障與變壓器的實(shí)際故障情況一致，引起變壓器各相溫度顯著升高。

2.2 變壓器局放故障模擬

2.2.1 整體設(shè)計(jì)

在變壓器內(nèi)部典型部位設(shè)置穩(wěn)定性、重復(fù)性好的針尖放電、懸浮放電等局放缺陷，模擬變壓器絕緣缺陷產(chǎn)生的各種局放信號，并且放電類型可以自由組合。通過負(fù)荷開關(guān)連接局放模型，試驗(yàn)電壓約為22 kV，該電壓由中壓繞組提供，模型接觸中壓繞組，通過負(fù)荷開關(guān)的檔位切換來實(shí)現(xiàn)模型投切。

2.2.2 局放模型設(shè)計(jì)

a)針板放電。針板放電如圖5所示，地電位圓盤直徑60 cm、厚5 mm，地電極桿直徑2 cm，針桿直徑1 cm，針直徑3 mm，針尖0.1～0.2 mm，針尖距地電極最大6 cm，地電極圓盤與針尖之間的距離可調(diào)。針板放電為極不均勻的電場放電，能夠維持穩(wěn)定的油中電暈放電，放電量大約為100 pC左右。

圖5 針板放電模型Fig.5 Needle plate discharge model

b)懸浮放電(懸浮電位油隙放電)。懸浮放電模型如圖6所示，地電位圓盤直徑60 cm、厚5 mm，地電極桿直徑2 cm。懸浮電極與地電極連接為一整體后，其與高壓電極之間的距離可調(diào)節(jié)。為了讓懸浮放電模型更易發(fā)生放電，在鋁制懸浮電極上，采用螺紋形式裝入一圓形鎢針固定結(jié)構(gòu)，鎢針與地電極之間的間距也可調(diào)。

圖6 懸浮電極放電模型(油隙放電)Fig.6 Floating electrode discharge model (oil gap discharge)

2.2.3 局放模型布置

局放模型布置如圖7所示。中壓繞組首端可以連接3個22 kV的局放模型，通過負(fù)荷開關(guān)檔位切換來實(shí)現(xiàn)模型投切。該模型需要變壓器帶電運(yùn)行。

圖7 局放模型位置Fig.7 Partial discharge model location

2.2.4 局放信號檢測方式

利用特高頻(ultra high frequency，UHF)技術(shù)檢測局放信號。UHF傳感器的數(shù)量要滿足放電源定位要求：設(shè)置窗口內(nèi)壁直徑為200 mm的外置式介質(zhì)窗1個，用于檢測-3 dB截止頻率為300 MHz的放電信號；設(shè)置窗口內(nèi)壁直徑為150 mm的外置式介質(zhì)窗4個，用于檢測-3 dB截止頻率為500 MHz的放電信號；設(shè)置窗口內(nèi)壁直徑為190 mm的內(nèi)置式介質(zhì)窗4個，用于檢測-3 dB截止頻率為500 MHz的放電信號。此外，在放電模型附近開設(shè)密封材質(zhì)為石英玻璃的法蘭安裝觀察窗，用來觀察放電情況。

2.2.5 局放故障模擬

對中壓繞組C相加壓，以中壓繞組C相對地20.6 kV為1倍基準(zhǔn)電壓，觀察局放情況。

a)負(fù)荷開關(guān)1導(dǎo)通時，從0.4倍升至1.2倍電壓，局放模型未產(chǎn)生明顯局放。

b)負(fù)荷開關(guān)2導(dǎo)通時，從0.4倍升至0.9倍電壓，局放模型未產(chǎn)生明顯局放，當(dāng)升至1.0倍電壓時，間隙擊穿。

c)負(fù)荷開關(guān)3導(dǎo)通時，從0.4倍升至0.8倍電壓，局放模型未產(chǎn)生明顯局放，當(dāng)升至0.9倍電壓時，產(chǎn)生明顯局放，約800～900 pC，隨之間隙擊穿。

試驗(yàn)結(jié)果證明，所構(gòu)建的局放故障接近變壓器的真實(shí)故障情況，但調(diào)整過程中易發(fā)生間隙擊穿，需進(jìn)一步細(xì)化平臺操作。

2.3 變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障模擬

2.3.1 整體設(shè)計(jì)

變壓器鐵心接地的設(shè)置方法是：將鐵心的任一疊片與上下夾件之間用絕緣隔開，再引到箱蓋上與接地小套管連接好，構(gòu)成鐵心的一點(diǎn)接地。從鐵心引出多處接地點(diǎn)，按需實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地缺陷模擬，監(jiān)測電流并判斷缺陷的嚴(yán)重程度。故障接地點(diǎn)所在級數(shù)不同，回路交鏈的磁通及回路電阻均發(fā)生變化，故障電流值也會有所不同。

2.3.2 變壓器T1鐵心多點(diǎn)接地模擬方案

a)鐵心鐵軛接觸上夾件多點(diǎn)接地故障。A相上軛位置增設(shè)2處接地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鐵心多點(diǎn)接地；B 相上軛通過增設(shè)的可調(diào)節(jié)連接桿實(shí)現(xiàn)鐵心與夾件的短路接地故障。設(shè)置點(diǎn)的位置如圖8所示。

圖8 鐵心及上軛多點(diǎn)接地故障模擬方案(正視圖)Fig.8 Multi-point ground fault simulation scheme of iron core and the upper yoke (front view)

b)下鐵軛接觸下夾件多點(diǎn)接地故障。在A、B相間的鐵心下鐵軛處設(shè)置1處接地點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)膴A持方式，將該接地點(diǎn)引至箱蓋上的接地端子盒上，在外部實(shí)現(xiàn)下鐵軛與夾件接地連接，如圖9所示。

圖9 下鐵軛與夾件接地故障模擬方案Fig.9 Ground fault simulation scheme of the lower iron yoke and the clip

2.3.3 變壓器T2鐵心多點(diǎn)接地模擬方案

在鐵心上鐵軛、下鐵軛不同位置設(shè)置2個接地片，通過接地套管從變壓器箱蓋引出。在上夾件、下夾件不同位置各開1個接地安裝孔，通過接地套管從變壓器箱蓋引出，如圖10所示。在外部通過短接或不短接來改變鐵心與上夾件(下夾件)接地點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地缺陷模擬。

圖10 鐵心、夾件接地點(diǎn)示意圖Fig.10 Schematic diagram of the grounding point of the iron core and the clip

2.3.4 鐵心多點(diǎn)接地缺陷檢測

在變壓器上鐵軛、下鐵軛、上夾件、下夾件預(yù)設(shè)光纖探頭，在線監(jiān)測各種狀態(tài)下故障點(diǎn)溫度。在鐵心接地處串入檢測電阻，監(jiān)測鐵心接地電流，及時發(fā)現(xiàn)多點(diǎn)接地故障并報(bào)警，同時自動投切合適的限流電阻，避免故障進(jìn)一步惡化。

2.3.5 鐵心多點(diǎn)接地故障模擬

試驗(yàn)進(jìn)行了4種情況模擬：

a)接通1號、3號真空斷路器，同時接通4號、6號真空斷路器，使上鐵軛1點(diǎn)、下鐵軛2點(diǎn)同時接地；

b)接通1號、3號真空斷路器，同時接通2號真空斷路器，使高壓上鐵軛同時存在2點(diǎn)接地；

c)接通1號、3號真空斷路器，同時接通4號真空斷路器，使上、下鐵軛同時存在2點(diǎn)接地；

d)接通1號、3號真空斷路器，同時接通5號真空斷路器，使上夾件1點(diǎn)、下夾件1點(diǎn)同時接地。

表3所列為 1號、3號、4號、6號真空斷路器電流及鐵心、夾件各故障模擬點(diǎn)溫度。

表3 1號、3號、4號、6號真空斷路器電流及鐵心、夾件各故障模擬點(diǎn)溫度Tab.3 Current of No.1,No.3,No.4 and No.6 circuit breakers and temperatures of measuring points

通過上述試驗(yàn)對比，在上、下鐵軛多點(diǎn)接地故障下，接地電流達(dá)到15 A，主要原因是鐵心上的短路匝包圍的磁通較其他故障狀態(tài)大。整個試驗(yàn)過程中，真空斷路器未發(fā)生保護(hù)動作。

試驗(yàn)結(jié)果證明，所構(gòu)建的鐵心多點(diǎn)接地故障接近真實(shí)故障情況，在斷路器動作時，相應(yīng)測溫點(diǎn)有明顯升溫。各測點(diǎn)溫度上升速率也是相對穩(wěn)定的，并沒有在某個瞬間劇增。后期故障平臺正式模擬運(yùn)行時，當(dāng)變壓器油溫達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可測量各測點(diǎn)的最高故障溫度。

2.4 變壓器繞組變形故障模擬

2.4.1 整體設(shè)計(jì)

在35 kV中壓繞組上設(shè)置匝間短路，110 kV高壓繞組上設(shè)置徑向變形缺陷，通過有載分接開關(guān)投入或者切除繞組變形缺陷，將繞組變形部位的匝間絕緣水平設(shè)置成與正常繞組一致，同時保證繞組變形部位不縮小主絕緣耐壓水平，特別是不縮小高低壓繞組間的絕緣距離。投入匝間短路故障時，短路回路中設(shè)置短路電流限制措施，試驗(yàn)回路中設(shè)置過電流保護(hù)裝置和防誤操作閉鎖措施，從而保證短路線匝不至過熱燒毀。

2.4.2 故障位置及數(shù)量

徑向變形：位于高壓C相線圈最末餅。在線圈最末餅多繞1匝，該導(dǎo)線與線圈原最末匝并聯(lián)。增加的1匝與原來的最末1匝首端焊接在一起，末端分別引出。負(fù)荷開關(guān)切至工位1，模擬繞組徑向變形缺陷，高壓有載分接開關(guān)處于最大分接或額定分接狀態(tài)，故障模擬結(jié)束，負(fù)荷開關(guān)切至工位2。

匝間短路：位于中壓C相調(diào)壓分接段。引出調(diào)壓線圈中的1個分接段，負(fù)荷開關(guān)切至工位3，模擬匝間短路故障缺陷，中壓無勵磁分接開關(guān)分別處于額定或最大分接狀態(tài)，故障模擬結(jié)束，負(fù)荷開關(guān)切至工位4。

2.4.3 繞組變形缺陷檢測

采用頻率響應(yīng)法進(jìn)行繞組變形缺陷的檢測，首先在高中壓繞組正常狀態(tài)下進(jìn)行檢測，然后在高中壓繞組故障狀態(tài)下進(jìn)行檢測，并分別對比高中壓繞組正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的頻譜，對繞組的頻譜進(jìn)行測量均需要在變壓器不帶電的情況下進(jìn)行。徑向變形與匝間短路，均需要在最大分接和額定分接時進(jìn)行頻譜測量。

2.4.4 繞組變形故障模擬

利用頻率響應(yīng)法測量頻譜分析對比高壓繞組(模擬徑向變形)、中壓繞組(匝間短路)在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的頻譜。

負(fù)荷開關(guān)切至工位1，實(shí)現(xiàn)繞組徑向變形。高壓開關(guān)在1分接時，正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的頻譜對比如圖11所示。

圖11 徑向變形狀態(tài)(綠色)和正常狀態(tài)(紅色)頻譜對比Fig.11 Comparisons of radial deformation green and normal frequency spectrum (red)

負(fù)荷開關(guān)切至工位3，實(shí)現(xiàn)繞組匝間短路。中壓開關(guān)在1分接時，正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的頻譜對比如圖12所示。

圖12 匝間短路狀態(tài)(綠色)和正常狀態(tài)(紅色)頻譜比對Fig.12 Comparisons of turn-to-turn short circuit (green) and normal frequency spectrum (red)

試驗(yàn)結(jié)果證明所構(gòu)建的繞組變形故障接近真實(shí)故障情況。對于徑向變形，繞組頻譜變化量很小，屬于輕微變形；對于匝間短路，繞組頻譜變化量明顯，屬于嚴(yán)重變形。

3 結(jié)束語

針對目前缺乏能同時實(shí)現(xiàn)變壓器高電壓、大電流運(yùn)行工況的故障模擬平臺以及缺陷故障種類單一等問題，本文設(shè)計(jì)并建立了基于相互負(fù)載法的110 kV變壓器額定運(yùn)行平臺，能再現(xiàn)變壓器實(shí)際運(yùn)行工況與電磁環(huán)境。在該平臺上設(shè)置變壓器局部過熱、局放、鐵心多點(diǎn)接地、繞組變形缺陷，并給出這4種典型故障的模擬與檢測設(shè)計(jì)方案。